СОСТАВ ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК C02F5/04 

Изобретение относится к водоподготовке. Предлагаемый состав может быть использован для умягчения и очистки питьевой воды от ряда неорганических и органических примесей как в домашних, так и в производственных условиях.

Известны различные составы, используемые для умягчения воды. Так, например, для устранения временной жесткости используют так называемое известковое молоко, содержащее 10-15% гашеной извести и 90-85% воды [2]
Для устранения постоянной жесткости используют соединения карбоната натрия (или) едкого натра в сухом виде или в виде водных растворов различной концентрации [1,2]
Недостатком этих составов является их низкая пригодность для умягчения жесткой питьевой воды, а также относительная длительность процесса водоподготовки.

Непригодность соединений натрия для умягчения сверхжесткой воды объясняется тем, что большая концентрация ионов натрия в воде недопустима ( 10-100 мг/л), т.к. это вызывает сердечно-сосудистые заболевания [3,4]
Ближайшим к предложению по химическому составу являются составы для умягчения воды фосфат и полифосфаты щелочного металла натрия - Na₃PO₄, Na₄P₄O₁₂, Na₅P₃O₁₀ и Na₆P₆O₁₆ [1]
Их недостатки заключаются в следующем.

Как уже отмечалось выше, соединения натрия нельзя использовать в питьевой воде в количествах, превышающих концентрацию иона натрия в воде 100 мг/л, т. е. эти соединения нельзя использовать для умягчения сверхжесткой воды. В то же время полифосфаты натрия являются соединениями метафосфорной кислоты. Содержание метафосфатов в питьевой воде вообще недопустимо. Токсические дозы метафосфата натрия для человека 128 мг/л, для кроликов 4 мг/л, поэтому данные соединения неприемлемы для умягчения питьевой воды. Возможно их использование только для технических целей или в моющих средствах, таким образом, общим недостатком известных составов являются узкие функциональные возможности.

С целью расширения функциональных возможностей в составе для умягчения воды, содержащем фосфат щелочного металла, в отличие от прототипа в качестве фосфата используют водный раствор фосфата калия в концентрации, мас.

Фосфат калия 7,5 8
Вода Остальное
Обоснование выбора параметров состава
Использование в качестве фосфата щелочного металла фосфата калия (K₃PO₄•n H₂O, где n=0-7) позволяет применять этот состав для умягчения как технической, так и питьевой воды, т.к. это соединение не токсично.

Выбор концентрации фосфата калия в воде в пределах 7,5-8 мас. объясняется тем, что более разбавленные растворы удорожают производство и перевозки состава для умягчения воды, а при более высоких концентрациях этот состав может вызвать при контакте с ним раздражение слизистых оболочек и кожных покровов.

В то же время выбранная концентрация позволяет при использовании одной чайной ложки состава на 3 л (жесткой, от 6 мг-экв./л и выше) воды (суточную норму взрослого человека) снизить жесткость этой воды на 3 мг-экв./л, т.е. использование этого состава в бытовых условиях легко осуществимо.

При такой концентрации состав удобно использовать для умягчения воды практически с любой жесткостью (см. таблицу).

При этом общая жесткость воды снижается до 3-6 мг-экв./л оптимальной величины для человека, а содержание иона калия не превышает 0,47 г/л при использовании умягчения в самой жесткой воде. Следует отметить, что концентрация иона калия 1-2 г/л считается допустимой в питьевой воде.

ПДК калия в питьевой воде не нормируется.

Колебания концентрации фосфата калия (K₃PO₄) в пределах 7,5-8 мас. объясняются погрешностью дозировки данного компонента в производственных условиях при приготовлении состава.

Использование фосфата калия в виде раствора, а не в виде сухого вещества объясняется тем, что данное вещество очень гигроскопично, оно существует в виде соединений от K₃PO₄ до K₃PO₄•7H₂O и, кроме того, легко поглощает влагу из воздуха. Использование его в виде раствора позволяет исключить ошибки при дозировке данного вещества в умягченную воду. Это достигается тем, что перед приготовлением состава для умягчения воды производят анализ фосфата калия на содержание в нем свободной и химически связанной влаги и лишь после этого приготавливают раствор необходимой концентрации. В водном растворе концентрация фосфата калия, в отличие от твердого вещества, постоянна (при исключении существенного испарения раствора). При использовании же сухого вещества возникает необходимость всякий раз измерять концентрацию основного вещества, что довольно сложно и осуществимо лишь в лабораторных условиях.

Доказательство существенности отличий
В научно-технической и патентной литературе нами не обнаружена совокупность заявляемых признаков состава для умягчения воды.

В связи с тем, что заявляемая совокупность нова и позволяет достичь поставленную цель расширение функциональных возможностей состава, она соответствует критерию "существенные отличия".

Пример 1
7,5 г фосфата калия (фосфорнокислого калия) K₂PO₄ растворяют в 92,5 г воды. Получают раствор концентрации, мас.

Фосфат калия 7,5
Вода Остальное.

Пример 2
12,75 г фосфата калия 7-водного K₃PO₄•7H₂O растворяют в 87,25 г воды. Получают раствор концентрации, мас.

Фосфат калия 8
Вода Остальное.

Преимущества состава
Предлагаемый состав не только снижает жесткость воды, но и переводит соли тяжелых металлов в нерастворимое состояние и выводит их в осадок. Кроме того, он связывает свободный хлор (при его наличии в воде) в хлористый калий
безвредное соединение, что весьма важно при все учащающихся катастрофах на очистных сооружениях городов и необходимости из-за этого хлорировать воду повышенными дозами хлорки. Кроме того, за счет соосаждения он выводит органические соединения вместе с нерастворимыми неорганическими соединениями в осадок.

Состав не ухудшает вкусовых качеств воды, не снижает ее прозрачность.

Вода, обработанная данным составом, обладает пониженной вязкостью, лучшей моющей способностью.

Состав используют для умягчения воды, предварительно доведенной до кипения. В данном случае он позволяет получить в течение не более получаса необходимое количество воды для приготовления пищи, напитков и т.д.

Источники информации
1. Краткий справочник химика. Составитель В.И. Перельман, издание 6, Государственное научно-техническое издательство химической литературы, М. 1963, с. 366-370.

2. Ф.И. Белан. Водоподготовка, М. Энергия, 1979.

3. Hibbard P.L.-J.Am. Water Assoc, 1934. Y 21, p. 884.

4. Cheremisinoff P. Valent J, Wrigth D. Water Senage Works, 1976, Y. 123. N 3, p. 80.

5. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах. Справочник. Л. Химия, 1979, 58 с.

Использование: умягчение и очистка питьевой воды от неорганических и органических примесей. Сущность изобретения: в умягчаемую воду добавляют водный раствор фосфорнокислого калия концентрации, мас.%: фосфорнокислый калий 7,5 - 8, вода - остальное. 1 табл.

Состав для умягчения воды, содержащий фосфорнокислую соль щелочного металла, отличающийся тем, что в качестве фосфорнокислой соли используют водный раствор фосфорнокислого калия в концентрации, мас.

Фосфорнокислый калий 7,5 8
Вода Остальноен